DE4435510C1 - Pump system supplied by frequency inverter e.g. for room heating medium circulation pump - Google Patents
Pump system supplied by frequency inverter e.g. for room heating medium circulation pumpInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein frequenzumrichtergespeistes Pumpenaggre gat mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkma len.The invention relates to a frequency converter-fed pump unit gat with the feature specified in the preamble of claim 1 len.
Die fortschreitende Miniaturisierung in der Elektronik hat es ermög licht, daß Pumpenaggregate, wie beispielsweise Heizungsumwälzpum pen mittlerer und großer Leistung heutzutage mit Frequenzumrichtern ausrüstbar sind, die unmittelbar am Motorgehäuse, und zwar in der Regel im Klemmenkasten des Motorgehäuses angeordnet sind. Diese Miniaturisierung insbesondere der Elektronikbauteile findet jedoch dort ihre Grenze, wo die in der Leistungselektronik entstehende Abwärme nicht mehr schnell genug oder genügend zuverlässig abge führt werden kann, so daß die Gefahr einer thermischen Überlastung dieser oder auch anderer im Klemmenkasten angeordneter elektroni scher Bauelemente besteht.The advancing miniaturization in electronics has made it possible light that pump units, such as heating circulation pump medium and high power pen today with frequency converters can be equipped directly on the motor housing, in the Usually arranged in the terminal box of the motor housing. These Miniaturization, in particular of the electronic components, takes place however there its limit where the power electronics Waste heat no longer quickly enough or reliably enough can be carried out, so that the risk of thermal overload this or other electronics arranged in the terminal box shear components.
Durch die DE 40 15 080 A1 ist ein Elektromotor mit einem im Klemmenkasten des Motors integrierten Frequenzumrichter bekannt, bei dem besonde re bauliche Ausgestaltungen vorgenommen worden sind, um die in nerhalb der Leistungselektronik entstehende Wärme abzuführen. So ist dort bei einer Ausführung die Leistungselektronik an einer wär meleitenden Platte angeordnet, die wärmeleitend mit einer entspre chenden Anschlußfläche des Motorgehäuses verbunden ist, so daß die in der Leistungselektronik entstehende Wärme über das Motorgehäuse abgeführt werden kann.DE 40 15 080 A1 is an electric motor with one in the terminal box of the motor integrated frequency converter known, in which particular re structural designs have been made to the in dissipate heat generated within the power electronics. So is there in a version, the power electronics at a war arranged conductive plate, the heat conductive with a corre spond Chenden pad of the motor housing is connected so that the heat generated in the power electronics via the motor housing can be dissipated.
Durch die DE 36 42 724 A1 ist ein frequenzumrichtergespeistes Pumpen aggregat bekannt, bei dem Ein- und Ausgangskreise des Frequenzum richters in einem Klemmenkasten aus Metall angeordnet sind, der als Kühlkörper zur Konvektionskühlung ausgebildet ist. Eine solche Anordnung wird insbesondere bei Pumpenaggregaten niederer Lei stung eingesetzt werden, da bei höheren Leistungen die Konvektions kühlung allein in der Regel nicht ausreichen wird.DE 36 42 724 A1 is a frequency converter-powered pump known aggregate, in the input and output circuits of the frequency richters are arranged in a metal terminal box, which as Heatsink is designed for convection cooling. Such The arrangement is particularly low in pump units be used because the convection cooling alone will usually not be sufficient.
Im übrigen ist durch die FR 2.174.660 ein Spannungsregler bekannt, dessen wärmeerzeugende Elektronikbauteile auf einer Platine angeordnet sind, die innerhalb eines zu einer Seite offenen, im übrigen aber geschlossenen Aluminiumgehäuses angeordnet und mittels Kunstharz mit diesem vergossen ist. Auch dort erfolgt die Kühlung über das mit Kühlrippen versehene Gehäuse durch Konvektion.For the rest, a voltage regulator is known from FR 2.174.660 heat-generating electronic components arranged on a circuit board are those that are open to one side within, but otherwise closed aluminum housing and arranged with synthetic resin shed with this. There, too, the cooling takes place with the Housing provided with cooling fins by convection.
Die Leistung von Maschinen steigt in der Regel mit der dritten Potenz der linearen Abmessungen, die wärmeabführende Oberfläche hingegen steigt nur mit der zweiten Potenz der linearen Abmessun gen. Es ergibt sich daher insbesondere für Pumpenaggregate hoher Leistung ein Problem, die im Leistungsteil des Drehzahlstellers bzw. Frequenzumrichters entstehende Wärme abzuführen. Insbesondere bei Heizungsumwälzpumpen erreicht das Motorgehäuse häufig Tempera turen von deutlich über 100°C, so daß eine Wärmeabfuhr über das Motorgehäuse wirksam nur oberhalb dieses Temperaturbereiches erfolgen kann. Für die übrige im Klemmenkasten untergebrachte Elektronik, wie beispielsweise Startkondensator, integrierte Schalt kreise und dergleichen, kann ein solches Temperaturniveau jedoch schon unzulässig hoch sein.The performance of machines usually increases with the third Potency of the linear dimensions, the heat-dissipating surface however, increases only with the second power of the linear dimension gen. It is therefore particularly high for pump units Performance a problem that in the power section of the speed controller or Dissipate heat generated by the frequency converter. Especially at Heating circulating pumps often reach tempera in the motor housing tures of well over 100 ° C, so that heat dissipation via the Motor housing is only effective above this temperature range can be done. For the rest housed in the terminal box Electronics, such as start capacitor, integrated switching circles and the like, however, such a temperature level already be impermissibly high.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Pumpenaggregat so auszubilden, daß eine unzulässig hohe Erwärmung von im Klemmenkasten angeordneten Bauteilen vermieden wird und ein möglichst kompakt bauendes und kostengün stig herzustellendes Aggregat geschaffen wird.The present invention is therefore based on the object Generate generic pump unit so that an impermissible high heating of components arranged in the terminal box is avoided and as compact and inexpensive as possible unit to be manufactured.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeich nenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is according to the invention by the characterizing solved part of claim 1 listed features.
Die Erfindung sieht neben der Wärmeabfuhr der Leistungselektronik über das Motorgehäuse weiterhin vor, den Klemmenkasten selbst zur Wärmeabfuhr zu nutzen. Hierzu ist der Klemmenkasten aus metalli schem Werkstoff gefertigt und beispielsweise durch Berippung als Kühlkörper ausgebildet. Um zu verhindern, daß die wärmeerzeugende Leistungselektronik die übrigen elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente im Klemmenkasten unzulässig hoch erwärmt, ist weiter hin ein im wesentlichen geschlossenes metallisches Zwischengehäuse vorgesehen, welches die Leistungselektronik gegenüber dem übrigen Klemmenkasten kapselt und zur wärmeleitenden Platte hin, also zur Anschlußfläche des Motors offen ist. Diese metallische Kapselung des Leistungsteiles verhindert weitgehend, daß Wärme aus der Leistungs elektronik in den übrigen Raum des Klemmenkastens gelangt. Die auf das Zwischengehäuse übertragene Wärme wird durch wärmeleitende Verbindung mit dem Klemmenkasten, der seinerseits als Kühlkörper ausgebildet ist, unmittelbar an die Umgebung abgegeben, ohne die übrige im Klemmenkasten angeordneten Bauelemente zu belasten. Es werden also mit der erfindungsgemäßen Lösung innerhalb des Klem menkastens mindestens zwei Räume unterschiedlichen Temperaturni veaus geschaffen, wobei die Anordnung der elektronischen Bauteile entsprechend ihrer Temperaturbelastbarkeit in diesen Räumen erfolgt.In addition to the heat dissipation of the power electronics, the invention provides via the motor housing, the terminal box itself Use heat dissipation. For this purpose, the terminal box is made of metal manufactured chemical material and for example by ribbing as Heatsink trained. To prevent the heat-generating Power electronics the other electrical and / or electronic Components in the terminal box heated up to an impermissibly high level, continues towards an essentially closed metallic intermediate housing provided that the power electronics over the rest Encapsulates the terminal box and towards the heat-conducting plate, i.e. the Connection surface of the motor is open. This metallic encapsulation of the Power section largely prevents heat from the power electronics in the rest of the terminal box. The on the intermediate case is transferred by heat conductive Connection to the terminal box, which in turn acts as a heat sink trained, released directly to the environment without the to load other components arranged in the terminal box. It are with the solution according to the invention within the Klem at least two rooms with different temperature levels veaus created, the arrangement of the electronic components takes place in these rooms according to their temperature resistance.
Um eine zuverlässige Wärmeübertragung von der wärmeleitenden Platte an die Anschlußfläche des Motorgehäuses zu gewährleisten, ist der gesamte Klemmenkasten durch mindestens ein zweckmäßigerweise jedoch mehrere Federelemente gegenüber dem Motorgehäuse druck kraftbeaufschlagt. Diese Druckkraft wird jedoch nicht unmittelbar auf das Motorgehäuse, sondern über die wärmeleitende Platte an das Motorgehäuse geleitet. Auf diese Weise wird stets ein zuverlässiger Wärmeschluß sichergestellt. Der Klemmenkasten ist quasi indirekt über diese wärmeleitende Platte an der Anschlußfläche des Motorge häuses auch kraftschlüssig befestigt.To ensure reliable heat transfer from the thermally conductive Plate to ensure the connection surface of the motor housing the entire terminal box expediently by at least one however, several spring elements against the motor housing pressure powered. However, this pressure force is not immediately on the motor housing, but via the heat-conducting plate to the Motor housing directed. In this way it is always a reliable one Thermal closure ensured. The terminal box is quasi indirect about this heat-conducting plate on the pad of the Motorge also attached to the housing.
Um das Temperaturniveau innerhalb des übrigen Klemmenkastens weiter zu senken, ist es von Vorteil, wenn das Zwischengehäuse nach außen hin mit einer weiteren Wärmeisolierung umgeben wird.To the temperature level within the rest of the terminal box to lower it further, it is advantageous if the intermediate housing after is surrounded on the outside with further thermal insulation.
Bevorzugt wird das Zwischengehäuse mit seiner vom Motor abge wandten Seite als Träger für eine darüberliegende Platine genutzt, die fest mit dieser bodenparallelen geschlossenen Seite des Zwischen gehäuses verbunden ist. In dieser Seite des Zwischengehäuses sind Ausnehmungen, durch welche die elektrischen Verbindungen zwischen der innerhalb des Zwischengehäuses befindlichen Leistungselektronik und der übrigen Elektronik erfolgt. Es kann somit eine direkte Ver drahtung zur Platine erfolgen, zweckmäßigerweise in starrer Anord nung durch Stifte oder Drähte. Auf diese Weise können aufwendige Kabeldurchführungen in das Zwischengehäuse entfallen. Da das Zwischengehäuse mit dem Klemmenkastenrumpf verbunden ist, bildet dieses eine stabile Auflagefläche für die Platine und insbesondere auch für Bauelemente mit hohem Eigengewicht. Preferably, the intermediate housing with its abge from the engine used side as a carrier for an overlying board, the firmly closed side of the intermediate with this floor parallel housing is connected. In this side of the intermediate housing are Recesses through which the electrical connections between the power electronics located within the intermediate housing and the rest of the electronics. A direct ver Wiring to the circuit board, expediently in a rigid arrangement with pins or wires. This way, elaborate Cable entries in the intermediate housing are not required. Since that Intermediate housing is connected to the terminal box body forms this a stable contact surface for the board and in particular also for components with a high dead weight.
Die Befestigung des Klemmenkastens erfolgt vorzugsweise über Bolzen, welche von der Innenseite des Klemmenkastenbodens her mit dem Motorgehäuse verschraubt sind, wobei zwischen dem Klemmen kastenboden und dem Kopf des Bolzens eine diesen umgebende Schraubenfeder vorgesehen ist, mit der die erforderliche Druckkraft aufgebracht wird, welche die wärmeleitende Platte an die Anschlußfläche preßt. Hierdurch kann in einfacher Weise eine formschlüssige Sicherung des Klemmenkastens einerseits und eine schwimmende Lagerung andererseits realisiert werden, die stets für die bestim mungsgemäße wärmeleitende Anlage der Platte an der Anschlußfläche des Motorgehäuses sorgt. The terminal box is preferably attached via Bolts, which come from the inside of the terminal box bottom are screwed to the motor housing, being between the terminals box bottom and the head of the bolt a surrounding this Coil spring is provided with the required compressive force is applied, which the heat-conducting plate to the pad presses. This can be a positive Securing the terminal box on the one hand and a floating one Storage can be realized on the other hand, always for the best Appropriate heat-conducting system of the plate on the connection surface of the motor housing.
Zwar kann das Zwischengehäuse am Rumpf des Klemmenkastens schraubbefestigt sein, doch ist es fertigungstechnisch sowie aus Gründen einer guten Wärmeleitung von besonderem Vorteil, wenn der Klemmenkastenrumpf einstückig mit dem Zwischengehäuse ausgebildet ist.The intermediate housing can be found on the fuselage of the terminal box be screw-fastened, but it is manufacturing technology and out Particularly good reasons for good heat conduction if the terminal box body in one piece with the intermediate housing is trained.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigenThe invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. Show it
Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Ansicht des Pumpenaggregates mit Klemmenkasten, Fig. 1 is a schematic perspective illustration of a view of the pump assembly with the terminal box,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte Pumpen aggregat mit im Schnitt dargestelltem Klemmenkasten und Fig. 2 is a plan view of the pump unit shown in Fig. 1 with the terminal box shown in section and
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit III in Fig. 2. Fig. 3 in an enlarged representation of the detail III in Fig. 2.
Das Pumpenaggregat besteht aus einem Pumpengehäuse 1 mit einem Saugstutzen 2 und einem Druckstutzen 3, die jeweils als Anschlußflansche ausgebildet sind. Innerhalb des Pumpengehäuses 1 läuft ein Kreiselrad, das von einem Elektromotor angetrieben wird, der innerhalb eines Motorgehäuses 4 sitzt, das lösbar mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden ist. Das Motorgehäuse 4 hat eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Form und ist am Außen umfang berippt ausgebildet. Es weist eine zwischen den Stutzen 2 und 3 ausgebildete Flachseite auf, welche eine plane Anschluß fläche 5 für eine wärmeleitende Platte 6 bildet, die eine zum Motorgehäuse 4 gerichtete Ausnehmung im Boden 7 eines Klem menkastens 8 im wesentlichen abschließt. The pump unit consists of a pump housing 1 with a suction port 2 and a pressure port 3 , which are each designed as connecting flanges. Within the pump housing 1 , a gyroscope runs, which is driven by an electric motor which is seated within a motor housing 4 , which is detachably connected to the pump housing 1 . The motor housing 4 has a substantially frustoconical shape and is ribbed on the outer circumference. It has a flat side formed between the connecting pieces 2 and 3 , which forms a flat connection surface 5 for a heat-conducting plate 6 , which essentially closes a recess directed towards the motor housing 4 in the bottom 7 of a terminal box 8 .
Der Klemmenkasten 8 ist wie das Pumpengehäuse 1 und das Motorgehäuse 4 aus metallischem Werkstoff hergestellt. Es be steht aus einem Rumpfteil 9, der nach außen hin durch zwei berippte Deckel 10 und 11 abschließbar ist. Der Rumpfteil 9 umfaßt den Klemmenkastenboden 7 sowie vier Seitenwände, die etwa radial zur Motorachse gerichtet sind. Die Form im einzelnen ergibt sich aus den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2.Like the pump housing 1 and the motor housing 4, the terminal box 8 is made of metallic material. It consists of a fuselage part 9 , which can be locked to the outside by two ribbed covers 10 and 11 . The fuselage part 9 comprises the terminal box base 7 and four side walls which are directed approximately radially to the motor axis. The shape in detail results from the representations according to FIGS. 1 and 2.
Die wärmeleitende Platte 6 trägt an ihrer der Anschlußfläche 5 abgewandten Seite die Leistungshalbleiter der Frequenzumrichter elektronik, die wärmeleitend mit dieser Platte 6 verbunden sind. Überdeckt ist diese wärmeleitende Platte 6 von einem etwa qua derförmigen, jedoch zum Motorgehäuse 4 hin offenen metalli schen Zwischengehäuse 12, das mit seinen Seiten am Boden 7 des Klemmenkastens 8 anliegt und entweder wie bei der Ausführung nach den Figuren mit dem Klemmenkastenboden schraubbefestigt ist oder aber einstückig mit dem Rumpfteil ausgebildet ist. Das zur Anschlußfläche 5 hin offene Zwischengehäuse 12 wird durch die wärmeleitende Platte 6 abgeschlossen. Der Raum zwischen der wärmeleitenden Platte 6 und dem Zwischengehäuse 12, in dem die Leistungshalbleiter angeordnet sind, ist mit einem wärmeleitenden Kunststoff ausgegossen. Die Außenseite des Zwischengehäuses ist mit einer aus Kunststoff bestehenden zusätzlichen Wärmeisolie rung versehen, die zugleich auch eine elektrische Isolierung bildet.The heat-conducting plate 6 carries on its side facing away from the connection surface 5 the power semiconductors of the frequency converter electronics, which are thermally connected to this plate 6 . This heat-conducting plate 6 is covered by an approximately qua-shaped, but open to the motor housing 4 towards the metallic intermediate housing 12 , which abuts with its sides against the bottom 7 of the terminal box 8 and is either screw-fastened as in the embodiment according to the figures with the terminal box bottom, or else is integrally formed with the fuselage part. The intermediate housing 12 , which is open towards the connecting surface 5 , is closed off by the heat-conducting plate 6 . The space between the heat-conducting plate 6 and the intermediate housing 12 , in which the power semiconductors are arranged, is filled with a heat-conducting plastic. The outside of the intermediate housing is provided with an additional plastic heat insulation, which also forms an electrical insulation.
Die zur Anschlußfläche 5 parallele Deckelseite 13 des Zwischen gehäuses trägt eine darüberliegende Platine 14, welche durch Ausnehmungen in dieser Deckelseite 13 hindurch direkt mit der darunter liegenden Leistungselektronik verbunden ist. Zu diesem Zweck sind starre Leiter durch die Deckelseite 13 geführt, die auf der Platine 14 eingelötet oder eingeschweißt sind. Derartige eigen stabile Kontakte 15 sind auch zur anderen Seite der Platine 14 angeordnet, welche weitere darüberliegende nicht dargestellte Plati nen oder Bauteile elektrisch verbinden.The parallel to the connecting surface 5 cover side 13 of the intermediate housing carries an overlying board 14 which is directly connected to the power electronics underneath through recesses in this cover side 13 . For this purpose, rigid conductors are guided through the cover side 13 , which are soldered or welded onto the circuit board 14 . Such intrinsically stable contacts 15 are also arranged on the other side of the circuit board 14 , which further overlap not shown plati NEN or components electrically connect.
Der Rumpfteil 9 des Klemmenkastens 8 liegt mit geringem Ab stand am Motorgehäuse 4 an, wie dies anhand von Fig. 3 ersicht lich ist. Im Boden 7 des Rumpfteiles 9 des Klemmenkastens 8 sind Bohrungen vorgesehen, welche von Schraubbolzen 16 durchsetzt sind, die im Motorgehäuse 4 festgelegt sind. Die Köpfe 17 der Schraubbolzen 16 liegen jedoch nicht wie sonst üblich am Klem menkasten direkt an, es sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, Schrau benfedern 18 jeweils zwischen einen Schraubenkopf 17 und der Anlagefläche am Boden 7 des Klemmenkastens 8 eingegliedert. Diese Schraubenfedern 18 sind vorgespannt und drücken den gesamten Klemmenkasten über das damit verbundene Zwischenge häuse 12 und die damit verbundene wärmeleitende Platte 6 an die Anschlußfläche 5. Der Klemmenkasten liegt somit nur im Bereich seiner wärmeleitenden Platte 6 als Wärmeanschluß am Motorge häuse 4 an, ist im übrigen aber schwimmend gelagert, so daß sich unabhängig von Fertigungstoleranzen stets ein guter Wärmeschluß zwischen Platte 6 und Anschlußfläche 5 bildet.The fuselage part 9 of the terminal box 8 lies with a small amount from the motor housing 4 , as is evident from FIG. 3. In the bottom 7 of the fuselage part 9 of the terminal box 8 , holes are provided which are penetrated by screw bolts 16 which are fixed in the motor housing 4 . The heads 17 of the bolts 16 , however, are not directly attached to the terminal box, as is shown in FIG. 3, screw springs 18 are each incorporated between a screw head 17 and the contact surface at the bottom 7 of the terminal box 8 . These coil springs 18 are biased and press the entire terminal box over the associated Zwischenge housing 12 and the associated heat-conducting plate 6 to the pad 5th The terminal box is thus only in the area of its heat-conducting plate 6 as a heat connection to the motor housing 4 , but is otherwise floating, so that regardless of manufacturing tolerances, a good heat connection between plate 6 and pad 5 is always formed.
Durch die vorbeschriebene Auslagerung der Leistungselektronik in den vom Zwischengehäuse 12 abgeschlossenen Bereich und die Berippung des Motorgehäuses im Bereich der Deckel 10 und 11 kann erreicht werden, daß das Temperaturniveau im übrigen Klemmenkasten deutlich unter dem Temperaturniveau der Lei stungselektronik liegt, deren Wärme über das Pumpengehäuse bzw. die Förderflüssigkeit abgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, trotz hoher Wärmeleistung der Leistungselektronik auch die übrigen Elektronikbauteile im Klemmenkasten anzuordnen.Due to the above-described outsourcing of the power electronics in the area closed by the intermediate housing 12 and the ribbing of the motor housing in the area of the covers 10 and 11, it can be achieved that the temperature level in the other terminal box is significantly below the temperature level of the power electronics, the heat of which is via the pump housing or the liquid is drained off. In this way, it is possible to arrange the other electronic components in the terminal box despite the high thermal output of the power electronics.
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE4435510A DE4435510C1 (en) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | Pump system supplied by frequency inverter e.g. for room heating medium circulation pump |
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DE4435510C1 true DE4435510C1 (en) | 1996-03-07 |
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DE4435510A Expired - Lifetime DE4435510C1 (en) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | Pump system supplied by frequency inverter e.g. for room heating medium circulation pump |
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